本發(fā)明涉及電機(jī)檢測技術(shù)，尤其涉及一種微型電磁發(fā)電機(jī)定子繞組的故障檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，對于(如用于機(jī)器人的)小型發(fā)電機(jī)來說，由于微型電機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部諧波冗雜信號的干擾，因此對于信號的精準(zhǔn)獲取和參數(shù)的合理處理分析十分重要。

傳統(tǒng)的微電機(jī)故障診斷方法基本上是依靠質(zhì)量檢測人員的經(jīng)驗(yàn)，主要有辯音法、比較法。雖然在一定程度上能診斷出微電機(jī)故障，但是這種診斷方法不但需要檢測人員經(jīng)驗(yàn)豐富，而且檢測效率低下。隨著對微電機(jī)的可靠性等指標(biāo)以及工業(yè)自動(dòng)化程度的要求越來越高，傳統(tǒng)的診斷方法顯然無法滿足要求。因此，發(fā)展現(xiàn)代意義上的微電機(jī)故障診斷技術(shù)就顯得尤為重要。目前，比較常用的機(jī)械狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷的方法有：振動(dòng)信號診斷法、聲學(xué)診斷法強(qiáng)度診斷法等。

典型的微型發(fā)電機(jī)利用振動(dòng)采收裝置在周圍吸收電能或機(jī)械能(電磁，靜電或壓電)。主要利用無線傳感器和低功耗微器件的各種環(huán)境振動(dòng)來進(jìn)行能量供應(yīng)。電磁微型發(fā)電機(jī)依靠電磁效應(yīng)，通常利用永磁體和導(dǎo)體轉(zhuǎn)變能量之間的相關(guān)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行工作。

繞組是電動(dòng)機(jī)的組成部分，老化，受潮、受熱、受侵蝕、異物侵入、外力的沖擊都會造成對繞組的傷害，電機(jī)過載、欠電壓、過電壓，缺相運(yùn)行也能引起繞組故障。繞組故障一般分為繞組接地、短路、開路、接線錯(cuò)誤。

目前，現(xiàn)有的檢測技術(shù)在用于電機(jī)定子繞組的短路故障檢測時(shí)，存在檢測不準(zhǔn)確的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

鑒于此，本發(fā)明提供了一種微型電磁發(fā)電機(jī)定子繞組的故障檢測裝置及方法，以至少解決現(xiàn)有的檢測技術(shù)在用于電機(jī)定子繞組的短路故障檢測時(shí)，存在檢測不準(zhǔn)確的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種微型電磁發(fā)電機(jī)定子繞組的故障檢測裝置，所述故障檢測裝置包括振動(dòng)源、微型發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)換電路、主控板和控制器；所述振動(dòng)源用于向所述微型發(fā)電機(jī)提供預(yù)定時(shí)長的振動(dòng)，以使作為導(dǎo)體的所述微型發(fā)電機(jī)的定子電樞結(jié)構(gòu)切割所述微型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁感應(yīng)線，并通過所述微型發(fā)電機(jī)的副繞組上設(shè)置的信號檢測單元來檢測所述副繞組上產(chǎn)生的電信號；所述轉(zhuǎn)換電路用于對檢測到的所述副繞組上產(chǎn)生的電信號進(jìn)行放大及濾波處理；所述主控板用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)換電路處理后的電信號，計(jì)算所述微型發(fā)電機(jī)的定子瞬時(shí)功率，以及通過對所述微型發(fā)電機(jī)的定子瞬時(shí)功率進(jìn)行小波分解，確定故障特征頻段和故障特征量；所述控制器用于對振動(dòng)源進(jìn)行調(diào)控。

進(jìn)一步地，所述振動(dòng)源為電動(dòng)機(jī)，所述主控板通過所述控制器驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以提供給所述微型發(fā)電機(jī)主軸，通過所述微型發(fā)電機(jī)主軸切割磁感線而產(chǎn)生磁場，導(dǎo)致所述副繞組上產(chǎn)生電流。

進(jìn)一步地，所述主控板用于通過如下方式確定故障特征頻段和故障特征量：通過比較所述放大及濾波后獲得的電信號與參考信號，獲得該電信號與該參考信號之間的相關(guān)性結(jié)果；對所述定子瞬時(shí)功率進(jìn)行小波分解以確定故障特征頻段；將所述小波分解得到的小波能量譜的整體信號能量作為總能量，將所述小波能量譜分布在所述故障特征頻段內(nèi)的能量作為故障特征能量，將所述故障特征能量與所述總能量的比值以及獲得的所述相關(guān)性結(jié)果確定為所述故障特征量。

進(jìn)一步地，所述主控板用于：判斷放大后的信號是否高于額定值：在所述放大后的信號高于所述額定值的情況下，使得所述主控板中的邏輯電路給出1，并通過所述主控板中的處理電路向所述控制器輸出降級指令；以及在所述放大后的信號低于或等于所述額定值的情況下，使得所述主控板中的邏輯電路給出0，以繼續(xù)進(jìn)行濾波處理。

進(jìn)一步地，所述副繞組上產(chǎn)生的電信號包括交變電壓信號和交變電流信號；所述信號檢測單元包括電壓傳感器和電流傳感器，其中，所述電壓傳感器用于檢測所述副繞組上產(chǎn)生的交變電壓信號，而所述電流傳感器用于檢測所述副繞組上產(chǎn)生的交變電流信號。

進(jìn)一步地，所述故障檢測裝置還包括示波器、矢量信號分析儀、計(jì)算機(jī)LABVIEW模塊和電源；所述主控板為STM 32控制芯片；所述轉(zhuǎn)換電路包括采樣模塊、第一跟隨電路、可控放大電路、第二跟隨電路、帶通濾波模塊、相敏檢波模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種微型電磁發(fā)電機(jī)定子繞組的故障檢測方法，所述故障檢測方法包括：步驟一、利用振動(dòng)源給微型發(fā)電機(jī)一個(gè)預(yù)定時(shí)長的振動(dòng)，使作為導(dǎo)體的所述微型發(fā)電機(jī)的定子電樞結(jié)構(gòu)切割所述微型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁感應(yīng)線，電信號產(chǎn)生；步驟二、檢測所述副繞組上產(chǎn)生的電信號，并在所述電信號的采樣時(shí)間達(dá)到預(yù)定采樣周期時(shí)執(zhí)行步驟三，而在所述電信號的采樣時(shí)間未達(dá)到預(yù)定采樣周期時(shí)返回步驟一；步驟三、對步驟二獲得的電信號進(jìn)行放大和濾波；步驟四、根據(jù)所述放大及濾波后獲得的電信號，計(jì)算所述微型發(fā)電機(jī)的定子瞬時(shí)功率；步驟五、通過對所述微型發(fā)電機(jī)的定子瞬時(shí)功率進(jìn)行小波分解，確定故障特征頻段和故障特征量。

進(jìn)一步地，步驟四還可以包括：將測得的矢量交流電信號與標(biāo)準(zhǔn)矢量信號的幅值和相位進(jìn)行對比。

本發(fā)明的微型電磁發(fā)電機(jī)定子繞組的故障檢測裝置及方法，能夠在不影響發(fā)電機(jī)工作的情況下就能夠及時(shí)檢測其故障，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

本發(fā)明的微型電磁發(fā)電機(jī)定子繞組的故障檢測裝置及方法，通過定子繞組上的電信號的接收處理和分析環(huán)節(jié)，考慮到微型發(fā)電機(jī)的工作場合的特殊化(工作場合的周圍儀器設(shè)備不容許收到漏磁干擾)和電機(jī)本身的額定電壓和額定功率，對于繞組上電信號要進(jìn)行更高精度的獲取，為了保障信號的精準(zhǔn)獲取，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，信號的精準(zhǔn)分析，主控板上采用市場先有的處理芯片STM32(控制芯片，且本身芯片上集成有放大，A/D環(huán)節(jié))，采樣芯片，A/D轉(zhuǎn)換模塊，在配合自己設(shè)計(jì)輔助電路，一同工作。輔助電路是跟隨電路，放大電路，濾波電路，相敏檢波(對冗雜電信號的相位進(jìn)行相敏檢波，對調(diào)幅信號進(jìn)行半波或全波整流，判別信號相位和頻率的能力，提高抗干擾能力)等。

對于小型電機(jī)，本發(fā)明采用傳感器通過發(fā)電機(jī)定子繞組上的電壓傳感器測得定子側(cè)電壓信號，電流傳感器測得定子側(cè)電流信號，并在輸出端連入STM32處理模塊，進(jìn)行信號的分離和提取，(1)STM32將獲取的定子側(cè)電壓信號和電流傳輸給計(jì)算處理模塊，計(jì)算發(fā)電機(jī)定子瞬時(shí)功率p(t),瞬時(shí)功率是瞬時(shí)電流和電壓的乘機(jī)，并進(jìn)行瞬時(shí)功率與采樣預(yù)定功率值的對比，再濾除定子瞬時(shí)功率中的直流分量，后對定子瞬時(shí)功率信號進(jìn)行小波分解并確定故障特征頻段，計(jì)算出故障特征頻率，再計(jì)算小波能量譜中故障特征頻帶內(nèi)的能量占整個(gè)信號能量的比值，將其作為故障特征量。(2)矢量信號的一種處理，讓獲取矢量電信號與正常的電信號進(jìn)行對比，通過傳感器獲取矢量瞬時(shí)電壓和電流，輸送到STM32中存儲和分析，在輸送給矢量信號分析儀，對三相交流電壓和電流進(jìn)行矢量分析，獲取相應(yīng)時(shí)域和頻域的波形，即幅值和相位，在對獲取信號與采樣預(yù)定信號的幅值，相位的對比和判斷分析，做到精準(zhǔn)分析的目的。通過矢量信號分析儀，使得測得的交流信號能夠?qū)崟r(shí)與標(biāo)準(zhǔn)的矢量交流信號實(shí)時(shí)對比，可作為判斷故障的依據(jù)，通過示波器的實(shí)時(shí)輸出波形，能夠直觀地看出此刻的波形變化。

通過以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些以及其他優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。

附圖說明

本發(fā)明可以通過參考下文中結(jié)合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所有附圖中使用了相同或相似的附圖標(biāo)記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的詳細(xì)說明一起包含在本說明書中并且形成本說明書的一部分，而且用來進(jìn)一步舉例說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和解釋本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中：

圖1是示出本發(fā)明的微型電磁發(fā)電機(jī)定子繞組的故障檢測裝置的一種結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2是示出圖1所示的微型電磁發(fā)電機(jī)定子繞組的故障檢測裝置的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是示出圖2所示的轉(zhuǎn)換電路的一種可能的具體電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4是示意性地示出本發(fā)明的微型電磁發(fā)電機(jī)定子繞組的故障檢測方法的一個(gè)示例性處理的流程圖。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，附圖中的元件僅僅是為了簡單和清楚起見而示出的，而且不一定是按比例繪制的。例如，附圖中某些元件的尺寸可能相對于其他元件放大了，以便有助于提高對本發(fā)明實(shí)施例的理解。

具體實(shí)施方式

在下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對得益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。

在此，還需要說明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種微型電磁發(fā)電機(jī)定子繞組的故障檢測裝置，故障檢測裝置包括振動(dòng)源、微型發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)換電路、主控板和控制器；振動(dòng)源用于向微型發(fā)電機(jī)提供預(yù)定時(shí)長的振動(dòng)，以使作為導(dǎo)體的微型發(fā)電機(jī)的定子電樞結(jié)構(gòu)切割微型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁感應(yīng)線，并通過微型發(fā)電機(jī)的副繞組上設(shè)置的信號檢測單元來檢測副繞組上產(chǎn)生的電信號；轉(zhuǎn)換電路用于對檢測到的副繞組上產(chǎn)生的電信號進(jìn)行放大及濾波處理；主控板用于根據(jù)轉(zhuǎn)換電路處理后的電信號，計(jì)算微型發(fā)電機(jī)的定子瞬時(shí)功率，以及通過對微型發(fā)電機(jī)的定子瞬時(shí)功率進(jìn)行小波分解，確定故障特征頻段和故障特征量；控制器用于對振動(dòng)源進(jìn)行調(diào)控。

下面結(jié)合圖1來描述本發(fā)明的微型電磁發(fā)電機(jī)定子繞組的故障檢測裝置的一個(gè)示例。

如圖1所示，故障檢測裝置包括振動(dòng)源1、微型發(fā)電機(jī)2、轉(zhuǎn)換電路3、主控板4和控制器5。

其中，振動(dòng)源1用于向微型發(fā)電機(jī)2提供預(yù)定時(shí)長的振動(dòng)，以使作為導(dǎo)體的微型發(fā)電機(jī)2的定子電樞結(jié)構(gòu)切割微型發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁感應(yīng)線，并通過微型發(fā)電機(jī)2的副繞組上設(shè)置的信號檢測單元6來檢測副繞組上產(chǎn)生的電信號。預(yù)定時(shí)長可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定。

控制器5用于對振動(dòng)源進(jìn)行調(diào)控。例如，振動(dòng)源1可以為電動(dòng)機(jī)，主控板4通過控制器5驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以提供給微型發(fā)電機(jī)2主軸，通過微型發(fā)電機(jī)2主軸切割磁感線而產(chǎn)生磁場，導(dǎo)致副繞組上產(chǎn)生電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)，相當(dāng)于振動(dòng)源1持續(xù)提供振動(dòng)。

如圖1所示，轉(zhuǎn)換電路3用于對檢測到的副繞組上產(chǎn)生的電信號進(jìn)行放大及濾波處理，其中，轉(zhuǎn)換電路3例如可以具有如下文將要結(jié)合圖2來描述的結(jié)構(gòu)。

主控板4用于根據(jù)轉(zhuǎn)換電路3處理后的電信號，計(jì)算微型發(fā)電機(jī)的定子瞬時(shí)功率，以及通過對微型發(fā)電機(jī)的定子瞬時(shí)功率進(jìn)行小波分解，確定故障特征頻段和故障特征量。其中，計(jì)算微型發(fā)電機(jī)的定子瞬時(shí)功率的過程可以參考下文描述或者也可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)來計(jì)算。

根據(jù)一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，主控板4可以通過如下方式確定故障特征頻段和故障特征量：通過比較放大及濾波后獲得的電信號與參考信號，獲得該電信號與該參考信號之間的相關(guān)性結(jié)果；對定子瞬時(shí)功率進(jìn)行小波分解以確定故障特征頻段；將小波分解得到的小波能量譜的整體信號能量作為總能量，將小波能量譜分布在故障特征頻段內(nèi)的能量作為故障特征能量，將故障特征能量與總能量的比值以及獲得的相關(guān)性結(jié)果確定為故障特征量。

此外，根據(jù)一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，主控板4可用于：判斷放大后的信號是否高于額定值：在放大后的信號高于額定值的情況下，使得主控板4中的邏輯電路給出1，并通過主控板4中的處理電路向控制器5輸出降級指令；以及在放大后的信號低于或等于額定值的情況下，使得主控板4中的邏輯電路給出0，以繼續(xù)進(jìn)行濾波處理。

此外，副繞組上產(chǎn)生的電信號包括交變電壓信號和交變電流信號。如圖2所示，信號檢測單元6例如包括電壓傳感器6-1和電流傳感器6-2，其中，電壓傳感器6-1用于檢測副繞組上產(chǎn)生的交變電壓信號，而電流傳感器6-2用于檢測副繞組上產(chǎn)生的交變電流信號。

此外，根據(jù)一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，如圖2所示，故障檢測裝置還可以包括示波器7、矢量信號分析儀8、計(jì)算機(jī)LABVIEW模塊9和電源10；主控板4為STM 32控制芯片。轉(zhuǎn)換電路3包括采樣模塊3-1、第一跟隨電路3-2、可控放大電路3-3、第二跟隨電路3-4、帶通濾波模塊3-5、相敏檢波模塊3-6、A/D轉(zhuǎn)換模塊3-7。

如圖3所示，電路依次是跟隨電路(即第一跟隨電路3-2)，可控電橋放大電路(即可控放大電路3-3)，跟隨電路(即第二跟隨電路3-4)，帶通濾波電路(帶通濾波模塊3-5)，整流型全波相敏檢波電路(相敏檢波模塊3-6)，A/D模塊(即A/D轉(zhuǎn)換模塊3-7)，主控板STM32(即主控板4)。其中，跟隨電路由位于正相輸入端的R1,反向輸入端的R2構(gòu)成。可控電橋放大電路由電阻R3,R4,R5,R6構(gòu)成電阻電橋，四路模擬開關(guān)電路(由電阻R7,R8,R9,R10),和雙端輸入的放大器構(gòu)成。跟隨電路電阻R12位于正相輸入端，R13位于反相輸入端的放大器構(gòu)成。帶通濾波電路由二路可控開(由R15,R16控制)，R14,C1,C2,R17,R18,R19構(gòu)成的RC網(wǎng)絡(luò)電路構(gòu)成。整流型全波相敏檢波電路由R20,R21,R22,R23,倆個(gè)開關(guān)管(輸入?yún)⒖茧妷篣1,U2)，和R24,R25,R26,R27,C3，一個(gè)反相放大器構(gòu)成。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種微型電磁發(fā)電機(jī)定子繞組的故障檢測方法，下面結(jié)合圖4來描述本發(fā)明的故障檢測方法的一個(gè)示例。

如圖4所示，在步驟一中，利用振動(dòng)源給微型發(fā)電機(jī)一個(gè)預(yù)定時(shí)長的振動(dòng)，使作為導(dǎo)體的微型發(fā)電機(jī)的定子電樞結(jié)構(gòu)切割微型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁感應(yīng)線，電信號產(chǎn)生。

然后，在步驟二中，檢測副繞組上產(chǎn)生的電信號，并在電信號的采樣時(shí)間達(dá)到預(yù)定采樣周期時(shí)執(zhí)行步驟三，而在電信號的采樣時(shí)間未達(dá)到預(yù)定采樣周期時(shí)返回步驟一。

在步驟三中，對步驟二獲得的電信號進(jìn)行放大和濾波。

然后，在步驟四中，根據(jù)放大及濾波后獲得的電信號，計(jì)算微型發(fā)電機(jī)的定子瞬時(shí)功率。此外，還可以將測得的矢量交流電信號與標(biāo)準(zhǔn)矢量信號的幅值和相位進(jìn)行對比，如可以利用前文描述的矢量信號分析儀來實(shí)現(xiàn)。

接著，在步驟五中，通過對微型發(fā)電機(jī)的定子瞬時(shí)功率進(jìn)行小波分解，確定故障特征頻段和故障特征量。

需要說明的是，本發(fā)明的上述故障檢測方法可以執(zhí)行與上文中描述的故障檢測裝置相同的處理和功能，并能夠達(dá)到相類似的技術(shù)效果，這里不再贅述。

優(yōu)選實(shí)施例

本實(shí)施例通過定子繞組上的電信號的接收處理和分析環(huán)節(jié)，考慮到微型發(fā)電機(jī)的工作場合的特殊化(工作場合的周圍儀器設(shè)備不容許收到漏磁干擾)和電機(jī)本身的額定電壓和額定功率，對于繞組上電信號要進(jìn)行更高精度的獲取，為了保障信號的精準(zhǔn)獲取，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，信號的精準(zhǔn)分析，主控板上采用市場先有的處理芯片STM32(控制芯片，且本身芯片上集成有放大，A/D環(huán)節(jié))，采樣芯片，A/D轉(zhuǎn)換模塊，在配合自己設(shè)計(jì)輔助電路，一同工作。

輔助電路是跟隨電路，放大電路，濾波電路，相敏檢波(對冗雜電信號的相位進(jìn)行相敏檢波，對調(diào)幅信號進(jìn)行半波或全波整流，判別信號相位和頻率的能力，提高抗干擾能力)等。

(一)主要的原理：對于小型電機(jī)，采用傳感器通過發(fā)電機(jī)定子繞組上的電壓傳感器測得定子側(cè)電壓信號，電流傳感器測得定子側(cè)電流信號，并在輸出端連入STM32處理模塊，進(jìn)行信號的分離和提取，(1)STM32將獲取的定子側(cè)電壓信號和電流傳輸給計(jì)算處理模塊，計(jì)算發(fā)電機(jī)定子瞬時(shí)功率p(t),瞬時(shí)功率是瞬時(shí)電流和電壓的乘機(jī)，并進(jìn)行瞬時(shí)功率與采樣預(yù)定功率值的對比，再濾除定子瞬時(shí)功率中的直流分量，后對定子瞬時(shí)功率信號進(jìn)行小波分解并確定故障特征頻段，計(jì)算出故障特征頻率，再計(jì)算小波能量譜中故障特征頻帶內(nèi)的能量占整個(gè)信號能量的比值，將其作為故障特征量。(2)矢量信號的一種處理，讓獲取矢量電信號與正常的電信號進(jìn)行對比，通過傳感器獲取矢量瞬時(shí)電壓和電流，輸送到STM32中存儲和分析，在輸送給矢量信號分析儀，對三相交流電壓和電流進(jìn)行矢量分析，獲取相應(yīng)時(shí)域和頻域的波形，即幅值和相位，在對獲取信號與采樣預(yù)定信號的幅值，相位的對比和判斷分析，做到精準(zhǔn)分析的目的。

(二)信號獲取

操作的實(shí)現(xiàn)方式為，具體采用的是異步電動(dòng)機(jī)，采用變頻器調(diào)控，通過改變變頻器的輸出頻率，輸出頻率就是電動(dòng)機(jī)的定子頻率，來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，規(guī)定功率為恒定值時(shí)，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩成反比，轉(zhuǎn)速改變，輸出轉(zhuǎn)矩也會改變，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的輸出和改變。

控制器只是一個(gè)執(zhí)行環(huán)節(jié)，只是調(diào)控振動(dòng)源的工作情況，如果產(chǎn)生的電壓或者電流過大，或者產(chǎn)生的電流，電壓的值達(dá)不到檢測的范圍，控制器控制加大動(dòng)力，產(chǎn)生更大或者更小的轉(zhuǎn)矩輸出。

連接好電路，振動(dòng)源給電機(jī)一個(gè)振動(dòng)，導(dǎo)體在磁場中切割磁感線，在主側(cè)繞組中產(chǎn)生磁通量，變化的磁鏈產(chǎn)生磁壓升，在主側(cè)繞組中有能量的出現(xiàn)，振動(dòng)源作為輸入量的產(chǎn)生環(huán)節(jié)，進(jìn)而在主相繞組中產(chǎn)生電流和電壓信號，會作為繞組輸入量，在副相繞組上采用貼片傳感器，接收定子繞組上的交變電壓信號和交變電流信號，電壓傳感器測得定子副相繞組電壓信號，電流傳感器測得定子副相繞組上的電流信號，傳感器獲取的信號進(jìn)行有線傳輸，在經(jīng)轉(zhuǎn)換電路的傳輸和處理，轉(zhuǎn)換電路的輸出端連入主控板電路，進(jìn)行信號的分離和提取，再將處理好的定子電壓信號和電流傳輸給計(jì)算處理模塊，計(jì)算發(fā)電機(jī)定子瞬時(shí)功率p(t)。

變頻器降低電機(jī)速度的過程如下：

變頻器首先降低設(shè)定頻率，則變頻器的輸出頻率將按照預(yù)定的斜率下降，但由于系統(tǒng)慣性，電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度不會同步下降，會滯后變頻器輸出的頻率變化，所以此時(shí)(變頻器輸出的)定子頻率將小于轉(zhuǎn)子頻率(也就是電機(jī)轉(zhuǎn)速)，所以轉(zhuǎn)差變?yōu)樨?fù)值，所以電機(jī)力矩將變?yōu)樨?fù)值，將和負(fù)載阻力矩一起作用實(shí)現(xiàn)電機(jī)降速。

當(dāng)預(yù)定速度到達(dá)后，電機(jī)定子頻率將不再變化，當(dāng)轉(zhuǎn)子頻率和定子頻率相等時(shí)，電機(jī)將不輸出力矩，此時(shí)電機(jī)只在負(fù)載阻力矩下繼續(xù)降速。當(dāng)這個(gè)維持時(shí)間很短，因?yàn)橐坏┺D(zhuǎn)子頻率大于定子頻率，則轉(zhuǎn)差就變?yōu)檎担姍C(jī)將輸出電動(dòng)力矩阻止電機(jī)速度繼續(xù)下降，直到電機(jī)力矩等于負(fù)載阻力矩時(shí)達(dá)到平衡所以電機(jī)力矩將會出現(xiàn)由正變成負(fù)(短時(shí)為0)而后在為正。

振動(dòng)源產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的電樞切割磁場產(chǎn)生電勢，轉(zhuǎn)矩的頻率越快，產(chǎn)生的電勢越大。采用等級產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)給出幾個(gè)等級檔位的轉(zhuǎn)矩，就會相應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)等級檔位的電勢結(jié)果，電勢經(jīng)過電機(jī)內(nèi)部的閉合回路，就會產(chǎn)生相應(yīng)的電壓和電流。如果電壓或者電流過高，降級檔位，如果過低，升高檔位。

振動(dòng)源提供動(dòng)力的環(huán)節(jié)，發(fā)電機(jī)是將外界做功的機(jī)械能變成電能，振動(dòng)源主要是提供一個(gè)平穩(wěn)周期，一定頻率的轉(zhuǎn)矩，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，讓電機(jī)的轉(zhuǎn)軸動(dòng)起來，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸和定子相連接，定子電樞切割轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的磁感應(yīng)線，產(chǎn)生磁通變化，進(jìn)而在定子上產(chǎn)生電動(dòng)勢，通過閉合回路，形成電流和電壓。振動(dòng)源采用一個(gè)微型電動(dòng)機(jī)輸出恒定頻率的轉(zhuǎn)矩來完成。

前端可調(diào)控微型電動(dòng)機(jī)給出可控的輸出轉(zhuǎn)矩給微型發(fā)電機(jī)，微型發(fā)電機(jī)定子切割磁感應(yīng)線，法拉第電磁感應(yīng)，產(chǎn)生電能，在定子繞組上可以檢測到電信號。

可按照以下步驟來進(jìn)行檢測：

步驟101，通過微型發(fā)電機(jī)定子繞組上的電壓傳感器測得定子側(cè)電壓信號電流傳感器測得定子側(cè)電流信號；

步驟102，判斷是否達(dá)到采樣時(shí)間，若未達(dá)到采樣時(shí)間，則重復(fù)步驟101，否則執(zhí)行步驟103；

步驟103，將定子側(cè)電壓信號和定子側(cè)電流信號通過信號采集模塊傳輸給計(jì)算處理模塊，計(jì)算發(fā)電機(jī)定子瞬時(shí)功率p(t)

步驟104、濾除定子瞬時(shí)功率中的直流分量；

步驟105、對步驟四中的定子瞬時(shí)功率信號進(jìn)行小波分解并確定故障特征頻段。

步驟106、計(jì)算小波能量譜中故障特征頻帶內(nèi)的能量占整個(gè)信號能量的比值，將其作為故障特征量；

(三)參數(shù)獲取

發(fā)電機(jī)工作時(shí)定子是不動(dòng)的，采用貼片傳感器，進(jìn)行電流和電壓參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，做到實(shí)時(shí)和大量數(shù)據(jù)的獲取。傳感器的輸出端連接轉(zhuǎn)換電路的輸入端。

由于采用人為振動(dòng)源的發(fā)電環(huán)節(jié)，產(chǎn)生的磁通量會很小，相應(yīng)的磁壓升和電流會很小，容易受到電機(jī)內(nèi)部諧波和外界混雜信號的影響，將通過輔助電路進(jìn)行初步的處理和傳輸，考慮信號的穩(wěn)定性傳輸，電路設(shè)計(jì)加入大量的跟隨電路；接收信號的微弱性且不破壞電路的穩(wěn)定性，先進(jìn)行可控放大電路，進(jìn)行帶通濾波，A/D環(huán)節(jié)，在進(jìn)入STM32處理芯片進(jìn)行邏輯判斷，STM32調(diào)控程控放大電路和帶通濾波電路，進(jìn)行信號數(shù)據(jù)的邏輯判斷經(jīng)STM32的ADC進(jìn)入，將獲取值與閾值比較如果可以獲取進(jìn)行的電信號過于微弱，沒達(dá)到獲取的要求，STM32將給出放大電路加大信號放大倍數(shù)指令；將獲取值與閾值比較如果信號過大，高于閾值，會影響儀器的正常工作，將給出減小信號放大倍數(shù)的指令，指令經(jīng)過STM32的DAC輸出，做到實(shí)時(shí)調(diào)控，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取。在STM32中將三相交流信號通過傳感器獲取瞬時(shí)電壓和電流，進(jìn)行計(jì)算得出實(shí)時(shí)的瞬時(shí)功率，瞬時(shí)功率是瞬時(shí)電流和電壓和矢量乘機(jī)。最后經(jīng)STM32接收的信號通過數(shù)據(jù)線

邏輯判斷環(huán)節(jié)，分別對轉(zhuǎn)換電路中的一級放大的電信號和二級放大的電信號進(jìn)行幅值與額定值的邏輯比較，如果此時(shí)的電壓或者電流幅值高于額定值，邏輯電路給出1，主控板的處理電路給控制器一個(gè)緩解指令，如果沒影響電機(jī)的正常運(yùn)行，邏輯電路給出0，主控板給出數(shù)據(jù)存儲指令。

將數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)軟件LABVIEW和小波分析算法，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)獲取，同時(shí)連接到示波器，可以實(shí)時(shí)的觀測到獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線表示。

STM32來連接矢量信號分析儀，獲取相應(yīng)三相交流電壓和電流的時(shí)域和頻域的波形，即幅值和相位，進(jìn)行與正常信號參數(shù)的對比。對前述冗余化的多個(gè)接收電壓，對三相交流電壓和電流信號是否正常進(jìn)行判定，并與預(yù)定的采樣矢量電壓和電流信號進(jìn)行比較。采用三相交流信號檢測模塊，將電流信號以三相交流電的形式獲取，生成矢量數(shù)據(jù)形式和曲線，并與正常工作的矢量電流信號進(jìn)行對比，倆者曲線進(jìn)行相關(guān)性分析。

STM32中在主控板中設(shè)有固定的程序，流經(jīng)繞組上的電流和電壓，在主控中會實(shí)時(shí)存儲，每一個(gè)時(shí)刻的電流和電壓都會有記錄，設(shè)有計(jì)算程序，功率＝電流*電壓。這樣獲取實(shí)時(shí)的瞬時(shí)功率，最終主控板會將實(shí)時(shí)的瞬時(shí)功率成表格的形式體現(xiàn)出來。

參數(shù)獲取

采用三相交流信號檢測模塊，將電流信號以三相交流電的形式獲取，生成矢量數(shù)據(jù)形式和曲線，并與正常工作的矢量電流信號進(jìn)行對比，倆者曲線進(jìn)行相關(guān)性分析。

對于功率信號處理，先濾除定子瞬時(shí)功率中的直流分量，后對定子瞬時(shí)功率信號進(jìn)行小波分解并確定故障特征頻段，計(jì)算出故障特征頻率，再計(jì)算小波能量譜中故障特征頻帶內(nèi)的能量占整個(gè)信號能量的比值，將其作為故障特征量。

邏輯環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)經(jīng)DC總線傳輸，在采樣時(shí)間周期里，如果總線電壓高于閾值電壓，控制環(huán)節(jié)會給出管理邏輯指令，發(fā)出切斷電源。

理論公式

B＝μH

(線圈電感量)

(穿過該必和路徑所界定的交流代數(shù)和)

小波分解算法

波動(dòng)性為振幅正負(fù)相間的震蕩形式，是時(shí)間(空間)頻率的局部化分析，它通過伸縮平移運(yùn)算對信號(函數(shù))逐步進(jìn)行多尺度細(xì)化，最終達(dá)到高頻處時(shí)間細(xì)分，低頻處頻率細(xì)分，能自動(dòng)適應(yīng)時(shí)頻信號分析的要求，從而可聚焦到信號的任意細(xì)節(jié)。

(四)

理論的驗(yàn)證環(huán)節(jié)，從信號的處理方式上進(jìn)行理論的驗(yàn)證。混雜信號作為輸入信號，進(jìn)行濾波操作，加入調(diào)制信號，進(jìn)行信號的相敏檢波操作，得出相對容易處理的波形，進(jìn)行小波分析的波形處理，同時(shí)將主要參數(shù)給主控板的控制電路，進(jìn)行軟件labxiew的參數(shù)顯示，做到信號的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)關(guān)注。

盡管根據(jù)有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是受益于上面的描述，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，在由此描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以設(shè)想其它實(shí)施例。此外，應(yīng)當(dāng)注意，本說明書中使用的語言主要是為了可讀性和教導(dǎo)的目的而選擇的，而不是為了解釋或者限定本發(fā)明的主題而選擇的。因此，在不偏離所附權(quán)利要求書的范圍和精神的情況下，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。對于本發(fā)明的范圍，對本發(fā)明所做的公開是說明性的，而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定。